紫外光催化种植体对2型糖尿病大鼠种植体周围骨结合的影响

发布时间：2020-06-02 07:44

【摘要】：种植义齿已成为当今缺牙患者最理想的修复方式。但患有全身系统疾病的患者在接受种植义齿治疗时还存着一定的风险，尤其是糖尿病患者。主因种植体与骨的结合率低，骨结合延缓，最终可导致种植体骨结合失败。目前，全球糖尿病（Diabetesmellitus，DM）的患病率持续增高，已达6.4%以上，且患病人群的年龄分布也越来越低。我国的糖尿病患病率已达到了9.7%，其中90%以上为2型糖尿病患者（Type2diabetes mellitus，T2DM）。牙周炎是糖尿病并发症之一，其更易导致患者缺牙。因此，渴望通过种植义齿恢复缺牙的糖尿病患者越来越多。如何满足糖尿病患者人群对种植义齿治疗的需求，提高种植体骨结合率及成功率，一直是全球学者研究的热点和难点。最新研究表明，种植体表面随时间的延长会由生物活性变为生物惰性，而紫外光催化处理可以重新恢复钛种植体表面的生物活性，促进成骨细胞的增值、分化、蛋白吸附和细胞黏附，从而能够提高种植体骨结合。 本课题将紫外光催化处理的种植体应用于构建完成的2型糖尿病大鼠动物模型，以观察紫外光催化处理的种植体对种植体周围骨结合的影响，评价其是否能改善2型糖尿病大鼠的种植体骨结合，为临床上应用紫外光催化处理的种植体来提高2型糖尿病缺牙患者的种植体骨结合率及成功率提供新思路及实验基础。 主要实验方法和结果： 1.实验钛样表面的紫外光催化处理及表面特性分析 方法：64枚钛种植体和32枚钛片经微弧氧化（MAO）粗化处理后，电镜下观察其表面形貌，并黑暗储存四周，随机选取32枚种植体和16枚钛片经紫外光照处理48小时，剩余的32枚种植体和16枚钛片未经紫外光照处理。种植体和钛片的紫外光催化处理采用15W紫外光杀菌灯（航云牌，北京），光照强度：0.05mW/cm~2（λ=360±20nm）和2mW/cm~2（λ=250±20nm）。16枚钛片经紫外光催化处理后随机分为两组（每组8枚），分别对钛片的表面亲水性及表面化学成分进行测试评估。亲水性的测试是通过测量试样表面液滴的接触角；表面化学成分采用X射线光电子能谱（XPS）检测，对表面元素C、O、Ti含量的变化进行分析。 结果：种植体和钛片经MAO处理后表面变粗糙，形成类似火山口样微孔结构。经紫外光催化处理的钛片与未经紫外光催化处理的钛片相比，接触角从82±3变为0°；表面化学成分中C元素的含量下降，而O和Ti元素的含量上升。 2.紫外光催化种植体对2型糖尿病大鼠种植体周围骨结合的影响 方法：36只9周龄健康雄性SD大鼠，经高脂高糖饲料喂养4周后，一次性腹腔注射链脲佐菌素（STZ）(30mg/kg)，七天后剪尾取末梢血测量血糖，以随机血糖16.7mmol/L为造模成功的标准，最终获得32只建模成功的SD大鼠。将建模成功的32只2型糖尿病SD大鼠，随机分为实验组（紫外光催化处理种植体组16只）和对照组（未经紫外光催化处理种植体组16只）。将32枚经紫外光催化处理的种植体和32枚未经紫外光催化处理的种植体分别植入实验组和对照组大鼠的双侧胫骨近骺端。术后4、8周时处死、取材，每个时间点每组取材8只大鼠，获得16个带种植体的胫骨标本，8个标本用80%酒精固定，行Micro-CT扫描重建，并对骨参数进行分析，比较两组间的差异；其余8个标本置于10％中性甲醛溶液固定7d，经过脱水、包埋、切片处理，获得厚约40μm包含种植体的不脱钙硬组织切片。进行丽春红三色法染色分析并测量骨-种植体接触率（BIC）。同时对硬组织切片喷金，行SEM观察和线性EDS分析，观察比较两组大鼠的骨-种植体界面接触情况的差异。 结果： （1）36只建模的SD大鼠，剔除4只血糖水平未达标准（随机血糖16.7mmol/L）的SD大鼠，最终获得32只建模成功的2型糖尿病SD大鼠，注射STZ7天后，对SD大鼠血糖进行测量，血糖值范围为20.21±0.31mmol/L。造模成功的SD大鼠体重明显升高。实验过程中大鼠血糖水平维持在稳定的状态，无死亡。 （2）Micro-CT结果：扫描重建结果显示术后4、8周时，实验组较对照组种植体周围骨质沉积多，骨小梁排列规则且连续。骨小梁参数统计分析显示：种植体植入4周时，实验组较对照组相比，Tb.Th、BS/BV均明显增高(P＜0.05)，而Tb.Sp明显降低(P＜0.05)；植入8周时，实验组较对照组相比，Tb.N、BS/BV、BV/TV均明显增高（P＜0.05），而Tb.Sp明显降低(P＜0.05)。 （3）硬组织切片丽春红三色染色结果显示：术后4、8周，实验组较对照组种植体周围骨结合范围广，周围骨密度高，骨小梁排列较规则且连续。4周时，骨-种植体接触率（BIC）（%）对照组为41.7±2.4，实验组为61.1±2.5（P0.05）；8周时，，对照组为48.8±2.5，实验组为71.7±4.2（P0.05）。4、8周时，BIC实验组均明显高于对照组，差异有统计学意义（P0.05）。 （4）SEM观察和线性EDS分析表明：实验组种植体与成熟骨组织直接接触，中间无软组织介入；对照组种植体与骨结合不紧密，中间有软组织介入。 研究结论： （1）MAO处理的钛片，经紫外光照催化处理后，表面由疏水性变为亲水性；XPS分析结果表明，钛片表面在经紫外光催化处理后，表面吸附的碳氢化合物的量减少，紫外光催化处理可将钛表面的含碳污染物去除。 （2）紫外光催化处理的种植体可提高2型糖尿病SD大鼠种植体骨结合率以及周围骨组织密度，促进种植体周围骨结合。为今后临床上应用紫外光催化的种植体来提高2型糖尿病缺牙患者的种植成功率奠定了实验基础。
【图文】：

等研究表明在糖化血红蛋白控制在一个比较低的范围内的糖尿病患者，种植失败率跟糖尿病持续的时间有明显的相关性。全世界报道的糖尿病患者的种植失败率是不一致的，从4.4%到14.3%，如图2所示[36-44]。图2 不同文献报道的不同糖尿病人群的种植失败率

发生在紫外光催化的高度骨引导性种植体。这一有效的光催化作用已经在多种形貌的钛种植体得到证实[18, 98-100]。体外实验表明，紫外光催化钛表面大大增强了包括蛋白吸附，成骨细胞的黏附增值和分化[18, 98, 100]。除此以外，向光催化的钛表面迁移的细胞数量显著增加，表明光催化的钛表面对远距离细胞有吸附作用[100, 101]。经光催化的钛与未经处理的钛的不同特性意味着钛表面从生物惰性到生物活性的转变[101, 102]。这种生物活性可能与光催化钛表面的净化作用有关，钛表面暴露在空气中会不可避免的积累碳氢化合物，紫外光的处理可将碳氢化合物去除，使阳离子的Ti4+更多的暴露，带负电的蛋白更易于与其结合[103-105]。蛋白吸附和细胞黏附与钛表面的碳氢化合物量成负相关[18]。蛋白吸附在生物材料表面是决定任何一种生物材料生物相容性的因素最重要的步骤。通过蛋白的吸附，干细胞/骨祖母细胞黏附在种植体表面，其程度可能是影响细胞伸展，增值，分化的因素[106-110]，蛋白吸附在细胞新陈代谢和功能上起决定性作用。下图为紫外光解钛表面碳氢化合物后生物活性变化的示意图[16]。
【学位授予单位】：第四军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R783.6

【参考文献】

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1 刘明;潘薇;陈德才;;甲状旁腺激素治疗骨质疏松症的研究进展[J];中华骨质疏松和骨矿盐疾病杂志;2012年02期

2 赵领洲;张玉梅;;影响成骨细胞在种植体表面黏附的因素[J];牙体牙髓牙周病学杂志;2007年11期

3 王峰;宋应亮;;Ⅱ型糖尿病影响种植体周围骨结合因素的研究进展[J];牙体牙髓牙周病学杂志;2009年08期

本文编号：2692834